路面功能设计——橡胶沥青及罩面技术【ppt课件】

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1、1、技术应用背景 2、技术特点 3、原材料技术要求 4、功能材料设计方法或原理 5、功能材料性能及试验评价方法 6、施工技术要求、施工过程及质量控制 橡胶沥青及其罩面技术一、橡胶沥青应用背景 2010年，我国汽车保有量达 7千万辆，废旧轮胎的产生 量超过2亿条，总量约520万 吨。 据统计我国平均每年约有 20003000km的高速公路需 要大修罩面。 改善路面使用性能，延长路 面使用寿命，寻求经济有效 的旧路改建和罩面方案，节 约建设资金，是我国公路行 业面临的紧迫问题。 国际上最早的橡胶沥青文献见于1843年的英国专利。 20世纪，现代意义上的橡胶沥青和橡胶沥青混合料首先出 现在美国。 2

2、0世纪40年代，美国橡胶回收公司（Rubber Reclaiming Company）首先采用干拌法的生产工艺生产了RamflexTM橡 胶粉沥青混合料。 20世纪60年代，美国专家Charles McDonald则首先采用湿 拌法的生产工艺生产了OverflexTM橡胶沥青混合料。 橡胶沥青由沥青、回收轮胎橡胶及一定的添加剂组成的混合料， 其中胶粉的含量不少于总重的15%（内掺），且要求橡胶 颗粒在热沥青中充分反应并膨胀，又称沥青橡胶（ Asphalt Rubber）。 橡胶（粉）沥青混凝土由废胎胶粉、沥青和矿料拌合而成的混合料称为橡胶沥 青混合料。其中有两种不同的生产工艺：干法工艺（橡胶

3、粉沥青混凝土）和湿法工艺（橡胶沥青混凝土）。 橡胶沥青在公路工程中，橡胶沥青除了与集料、矿粉拌合，生产橡胶沥青混凝 土外，还用于应力吸收层（SAM）、应力吸收中间层（SAMI）、碎石 封层（CHIP SEAL）、路面防水材料（TACK COAT）及填缝料等。 自20世纪60年代橡胶沥青产生后，主要用在旧路改造，作为旧路的反 射裂缝，并积累了大量SAM和SAMI的典型路面结构设计方法和成功经 验，成为国际上公认的一种防止旧路反射裂缝的有效措施。 国际上成功应用橡胶沥青作为应力吸收层和应力吸收中间层在老路面 改造中使用的示意图。如下图所示： 橡胶（粉）沥青混凝土 定义： 湿法工艺是指将废胎胶粉或颗

4、粒与沥青混炼或混合形成橡胶沥青，然后 作为粘接剂再与矿料拌合的工艺。 干法工艺则是指橡胶粉与集料先行拌合共混后再喷入沥青拌制混合料的 工艺。 区别： （1）干法中橡胶粉使用量是湿法的24倍； （2）干法中橡胶粉添加方法简单，胶粉从矿料口进入，用量容易控制； 湿法的胶粉要事先与沥青共混反应，预加工和储存，使用成本高； （3）干法使用的胶粉（1.66.4mm）一般要比湿法的胶粉粗。 性能差异： （1）橡胶粉沥青混凝土的抗高温性能优于橡胶沥青混凝土； （2）橡胶沥青混凝土的低温抗裂性能和水稳定优于橡胶粉沥青混凝土； （3）两种沥青混凝土都具有抗疲劳性能和抗老化性能。二、技术特点 橡胶（粉）沥青混凝土

5、具有如下优势： 降低路面噪声 延缓反射裂缝 减薄沥青路面厚度 抵抗重交通和不良气候 降低路面噪声橡胶（粉）沥青混凝土 优于其高弹性能，具有明显的 减少行车噪声的效果，是一种 典型的“安静路面”。1981年，比 利时在布鲁塞尔首先证明了橡 胶沥青混凝土的减噪效果，随 后世界各国相继开展了这方面 的研究。世界各国使用橡胶沥青混凝土减少噪声的效果国家年份减少噪声水平比利时1981810dB(65%85%)加拿大1991有减噪效果英国1998项目尚未完成法国198423dB/35dB德国 19803dB奥地利19883dB荷兰19882.5dB 延缓反射裂缝、减薄沥青路面厚度橡胶（粉）沥青混凝土在用于

6、老路改建工程时，对减少路面的反射 裂缝，提高路面的整体承载能力都十分有利，在相同的使用效果前提 下，适当使用废胎胶粉可减薄沥青混凝土面层的厚度。美国加利福尼亚橡胶沥青混凝土技术指南分别从承载能力和减少反 射裂缝角度，提出的橡胶沥青混凝土与一般沥青混凝土厚度的对比表 。如下表所示：按结构整体强度标准减薄面层厚度对比表（in） 密实型沥青混 凝土断级配橡胶沥青 混凝土断级配橡胶沥青混凝土与 SAMI组合 0.150.1-0.0 5- 0.20.1-0.1-0.250.150.10.10.1 50.30.150.10.1 50.20.350.20.150.1 50.2 0.40.20.20.20.2

7、0.45-0.2-0.2 5按减少反射裂缝标准减薄面层厚度对比表（in） 密实型沥青混凝 土断级配橡胶沥青混 凝土断级配橡胶沥青混凝土与SAMI 组合 0.150.1-0.05-0.20.1-0.1-0.250.15-0.1-0.30.15-0.15- 0.350.150.20.10.150.20.25从上表中数据可以看出，无论是承载能力标准还是减少反射 裂缝标准，沥青混凝土中掺加橡胶粉后，沥青面层的厚度可 减薄30%70%；当沥青结构层中使用橡胶粉改性沥青的应力 吸收中间层时，厚度还可以进一步减薄。三、原材料技术性能分析 路用废胎胶粉的技术性能分析 橡胶沥青技术性能分析 橡胶（粉）沥青混凝土

8、技术性能分析路用废胎胶粉的技术性能分析废胎胶粉（颗粒）来自废轮胎，而 轮胎由多种成分按不同配方组成， 一般可大致分为两大类：一是斜交 轮胎，二是子午胎轮胎。 根据我国的废胎胶粉生产情况，将 其分为三类：粗胶粉0.425mm（40 目）以上；细胶粉0.4250.180mm （4080目）；微细胶粉 0.1800.075mm（80200目）。 废胎胶粉的生产工艺将影响到胶粉 的形状和表面状态。这是由于粉碎 前不同的处理方法对废轮胎物理性 能不同而造成的。主要有三种：常 温法、低温冷冻法和化学试剂法。 常温法和冷冻法在胶粉的物理属性 还是胶粉的粒径分布，都有明显的 差别。常温法和冷冻法的物理属性比较

9、物理属性常温法冷冻法密度相同相同颗粒形状不规则规则纤维含量0.50%0金属含量0.10%0废轮胎的主要由硫化橡胶、钢丝、纤维三部分组成，其中硫化橡胶 占废轮胎总质量的65%左右。在废旧轮胎废胎胶粉生产过程中要将 橡胶、钢丝和纤维进行分离，然后进行进一步的研磨粉碎和分级。 两种胶粉生产流程主要区别在于是否除掉轮胎中钢丝成分。巴西学者Silvrano A、Dantas Neto等人开展了不同生产工艺的废胎 胶粉对沥青的针入度、软化点、布氏黏度、弹性恢复等性能指标影 响的分析比较研究认为废胎胶粉加工工艺对布氏黏度和软化点有显著影响，冷冻 法废胎胶粉生产的橡胶沥青的这些性能低于常温法生产的橡胶沥青 。

10、黏度和软化点的提高说明常温废胎胶粉更能显著提高沥青的高温 稳定性。常温粉碎法在技术经济指标上优于另外两种方法，因此对路用废胎 胶粉应要求采用常温法生产。废胎胶粉改性沥青根据其加工工艺和添加剂量、材料的不同，具有不同的名 称，其种类和组成成分有：（1）废胎胶粉+沥青（2）废胎胶粉（改性）+沥青（3）废胎胶粉+沥青+添加剂（芳香烃、油分）（4）废胎胶粉+沥青+天然橡胶（5）废胎胶粉+沥青+聚合物（如SBS、PE）等。 橡胶沥青作用机理分析，主要有三种学说：物理共混说、网络填充说以及化学共 混说。（1）物理共混说：是指聚合物加入到沥青中后，聚合物的分子受到沥青组 分中芳香烃、饱和烃的作用法放生溶胀和

11、溶解，而均匀分散在沥青中形成共 混体系；（2）网络填充说：是指聚合物加入到沥青中后，聚合物受到沥青中油分和 芳香分的作用而被分开，发生溶胀和部分溶解过程，然后是扩散或溶胀团粒 的分散过程，聚合物以微粒或丝状随机分布在沥青基体中。（3）化学共混说：是指在沥青中不仅有烷属烃、烯属烃和芳香烃，还含有 极性和非极性化合物，存在着羟基、脂基等有机官能团，可以和许多物质发 生化学反应，产生化学交联和化学加成，生成新的化学键的结合。橡胶沥青技术性能分析废胎胶粉对沥青性能的影响 1、废胎胶粉对沥青高温性能的改善在沥青中掺入废胎胶粉后，对沥青的软化点、当量软化点、黏度、DSR等 高温性能指标都有显著的改善。例如

12、,橡胶沥青的软化点明显提高，提高幅度 一般在28之间。 2、废胎胶粉对沥青低温性能的改善在低温条件下橡胶沥青具有良好的延展性，而且温度越低，橡胶沥青的低 温延展性越突出。尽管废胎胶粉改性沥青并没有在沥青中形成类似于SBS改 性一样的网络加劲结构，废胎胶粉优异的低温性能和沥青良好的亲和性以及 添加数量上的优势，仍然确保了橡胶沥青良好的低温性能表现。 3、废胎胶粉对沥青老化性能的改善短期老化薄膜加热试验（TFOT）及旋转式薄膜加热试验（RTFOT）得出 的橡胶沥青的软化点比比基质沥青的低，黏度比提高。长期老化PAV试验证 明了橡胶沥青的抗长期老化能力也比基质沥青有所提高。 4、对温度敏感性的影响P

13、I试验结构表明，废胎胶粉的掺入能够改善沥青的温度敏感性，废胎胶粉的 粒径对其有影响。 5、弹性恢复废胎胶粉本身是一种良好的弹性材料，沥青的弹性恢复能力的提高可以减 小荷载作用的残余变形，减少路面的损坏。废胎胶粉的掺入大大改善了沥青 的弹性恢复性能，掺量的增加能显著提高弹性恢复性能，但在掺量超过20% 后，弹性恢复的增加幅度减小。橡胶沥青的影响因素材料因素加工因素废胎胶粉因素沥青因素剂量因素外掺击因素拌和工艺反应时间反应温度影响橡胶沥青品质的主要因素经过分析知，影响橡胶沥青性能的各种材料因素和施工因素，主要结论如下：掺量是影响橡胶沥青性能的重要因素；目数的变化对橡胶沥青性能的影响已经被试验误差掩

14、盖，但目数不同，橡胶沥 青中胶粉的掺量对橡胶沥青指标的影响规律不尽相同；斜交胎胶粉改性沥青明显好于子午胎胶粉改性沥青；基质沥青的性能直接影响橡胶沥青的性能。我国橡胶沥青指标体系的建立1、橡胶沥青的使用橡胶沥青可用于沥青混凝土、应力吸收 中间层、防水层或其他的路 结构功能层。 2、加工橡胶沥青的基质沥青加工橡胶沥青的基质沥青可选用重交沥 青70号和90号（A/B型）。 3、橡胶沥青的加工橡胶沥青的生产宜采用现场加工的方式 。 4、废胎胶粉的掺量橡胶沥青中废胎胶粉的添加剂量可根据 实际使用的技术要求确定，一般为沥青 重量的20%30%（外掺）。 5、橡胶沥青的技术指标如右图所示。 6、外掺剂的要求

15、在湿拌法施工时，为改善沥青的性能用 一定比例的天然胶含量较高的橡胶类材 料或轻质油分，具体的比例可根据实际 工程需要由试验确定。橡胶沥青技术标准（推荐） 项目指标 180旋转黏度（Pas）1.04.0 25针入度（0.1mm）4080 软化点（）47 弹性恢复%55 5延度（cm）10质量损失（%）805延度比（%）40PS：从表中知，这些指标的范围是比较 宽的，或者说是要求比较低的，其目的 是为了推动我国橡胶沥青的推广应用。对于一些适用环境和要求比较高的工程 ，可进一步提高这些指标的要求，或者 靠上限取值。四、设计方法 目前国内外沥青混合料配合比设计主要有三种方法：马歇尔击实试验方法、旋转压

16、实试验方法和Haveen试验 方法。 不论哪种配合比设计方法，橡胶（粉）沥青混合料设计首 先是级配的选择和确定，其次是该混合料体积指标和力学 指标的分析、确定，最终确定混合料的油石比。 国内外研究表明，橡胶（粉）沥青混合料优选的级配是断 级配混合料（包括开级配混合料和密实型混合料）。混合料配合比设计综合美国、澳大利亚及南非橡胶沥青混凝土配合比设计，有如下几个共 同点：（1）橡胶沥青一般用于中、细粒式混合料，一般混凝土的公称最大 粒径不大于19mm；（2）橡胶沥青混凝土一般有断级配和开级配两种类型，南非半开级 配混合料从碎石含量指标看夜属于典型的断级配；（3）橡胶沥青混合料的结合料含量比较高，远高于一般的沥青混合 料（包括SMA）。 采用粗集料断级配是橡胶沥青混合料（包括干拌和湿拌工 艺）的合理级配形式。这里的粗集料断级配并不意味着开 级配和透水结构，恰恰相反，密实型的粗集料断级配（混 合料空隙率不